Ученым предстоит выяснить влияние слоя на людей
Астрономы измерили невидимое, слабое энергетическое поле, которое окутывает Землю. Это явление называется амбиполярным полем, и его открытие может изменить способ, которым мы изучаем и понимаем поведение и эволюцию мира.
«Каждая планета с атмосферой должна иметь амбиполярное поле», — говорит астроном Глин Коллинсон из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. «Теперь, когда мы наконец измерили это, мы можем начать изучать, как это повлияло на нашу планету и другие небесные тела с течением времени».
По мнению ученых, наша планета — это не просто кусок земли, неподвижно парящий в космосе. Она окружена множеством полей. Есть гравитационное поле, о котором мы мало что знаем, несмотря на его повсеместность. Без гравитации у нас не было бы планеты, и именно оно удерживает атмосферу близко к поверхности. Есть также магнитное поле, созданное вращением проводящего материала глубоко внутри Земли, которое преобразует кинетическую энергию в магнитное поле, которое простирается в космос. Оно защищает нашу планету от солнечного ветра и радиации и помогает удерживать атмосферу от утечки.
В 1968 году ученые описали явление, которое стало заметным только с наступлением космической эры. Космический корабль, пролетающий над полюсами Земли, обнаружил сверхзвуковой поток частиц, вырывающихся из атмосферы. Лучшим объяснением этого было третье — электрическое энергетическое поле.
«Это называется амбиполярным полем, и оно создает хаос. Оно противодействует гравитации и выбрасывает частицы в космос», — объясняет Коллинсон в видео. «Раньше мы не могли его измерить, потому что у нас не было технологий. Поэтому мы спроектировали ракетный корабль Endurance для поиска этой великой невидимой силы».
Амбиполярное поле работает следующим образом: начиная с высоты около 250 километров, в слое атмосферы, известном как ионосфера, экстремальное ультрафиолетовое и солнечное излучение ионизирует атомы атмосферы, отрывая отрицательно заряженные электроны и превращая атомы в положительно заряженные ионы.
Легкие электроны стремятся убежать в космос, в то время как более тяжелые ионы пытаются упасть на Землю. Однако плазменная среда имеет тенденцию поддерживать нейтральный заряд, что приводит к образованию электрического поля между электронами и ионами, связывая их вместе. Это поле называется амбиполярным, потому что оно действует в обоих направлениях, тяну ионы вниз, а электроны вверх.
В результате атмосфера становится плотнее, и на больших высотах некоторые ионы могут уходить в космос, что мы наблюдаем как полярный ветер.
Амбиполярное поле очень слабое, поэтому Коллинсон и его команда разработали приборы для его обнаружения. Миссия Endurance, которая провела этот эксперимент, была запущена в мае 2022 года и достигла высоты 768,03 километра, прежде чем вернуться на Землю с ценными данными. Она зафиксировала изменение электрического потенциала всего на 0,55 вольта — этого было достаточно.
«Полвольта — это практически ничто: по мощности это сопоставимо с батарейкой для часов», — подчеркивает Коллинсон. — Но этого достаточно, чтобы объяснить полярный ветер».
Этого заряда достаточно, чтобы притягивать ионы водорода с силой в 10,6 раз большей, чем сила тяжести, и выбрасывать их в космос со сверхзвуковой скоростью.
Ионы кислорода, которые тяжелее ионов водорода, также поднимаются выше, увеличивая плотность ионосферы на 271 процент по сравнению с тем, какой она была бы без амбиполярного поля.
Астрономы не знают более широких последствий амбиполярного поля: как долго оно существует, что оно делает и как влияет на эволюцию Земли и ее атмосферы.
«Это поле является фундаментальным элементом структуры Земли», — заключает Коллинсон. «Теперь, когда мы наконец измерили это, мы можем начать задавать важные и интересные вопросы».